津?yàn)I輕軌鋼筋混凝土連續(xù)梁設(shè)計(jì)
摘 要:結(jié)合津?yàn)I輕軌高架橋設(shè)計(jì),介紹長(zhǎng)大橋梁鋼筋混凝土連續(xù)梁設(shè)計(jì)情況。關(guān)鍵詞:城市輕軌; 高架橋; 鋼筋混凝土連續(xù)梁; 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1 梁部結(jié)構(gòu)形式
箱梁是目前國(guó)內(nèi)外廣泛采用的高架橋結(jié)構(gòu)形式之一,它具有閉合薄壁截面、抗扭剛度大、整體受力性能好、外觀簡(jiǎn)潔、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。箱梁截面剛度大,徐變上拱小,能較好地滿足輕軌橋梁工程對(duì)豎向變位的要求。在小于20 m 的小跨度橋梁結(jié)構(gòu)中,鋼筋混凝土梁有其優(yōu)越性,施工工藝簡(jiǎn)單,梁部施工周期短,混凝土收縮徐變影響小;缺點(diǎn)是,整體受力性能不如預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu),材料強(qiáng)度不高而容重較大,跨越能力有限。津?yàn)I輕軌區(qū)間高架橋一般地段采用3 25 m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁,部分地段采用鋼筋混凝土連續(xù)箱梁調(diào)孔;由于長(zhǎng)鋼軌作用力的作用使制動(dòng)墩尺寸較大, 為使橋墩美觀,伸縮區(qū)地段盡量采用小跨度鋼筋混凝土連續(xù)梁;為設(shè)計(jì)、施工方便,小半徑地段、變寬地段、折返線及渡線段均采用鋼筋混凝土箱梁,并采用滿堂支架就地澆筑施工。采用連續(xù)結(jié)構(gòu)可以克服簡(jiǎn)支梁接縫多的缺點(diǎn),有利于改善行車(chē)條件。考慮到聯(lián)長(zhǎng)較長(zhǎng)時(shí)長(zhǎng)鋼軌作用力較大、澆筑困難等缺點(diǎn),鋼筋混凝土連續(xù)梁聯(lián)長(zhǎng)以3 20 m 為主。
鋼筋混凝土連續(xù)箱梁采用單箱雙室截面,由于設(shè)置了3 道腹板,橋面板的橫向跨度減小,其正負(fù)彎矩值也相應(yīng)減小;且由于腹板總厚度增加,主拉應(yīng)力和剪應(yīng)力數(shù)值減小,這樣大大節(jié)省了用鋼量。本次鋼筋混凝土梁采用C40 混凝土,梁高1. 5 m , 外形與3 25 m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁相同。輕軌雙線線間距3. 6 m 時(shí), 橋面寬8. 9 m ; 線間距4. 0 m 時(shí),橋面寬9. 3 m ; 線間距 4. 6 m 時(shí), 橋面寬9. 9 m 。以橋面寬8. 9 m 鋼筋混凝土箱梁為例,跨中截面見(jiàn)圖1 , 支點(diǎn)截面見(jiàn)圖2 。
圖1 跨中截面示意(單位:cm)
圖2 支點(diǎn)截面示意(單位:cm)
(1) 頂板除承受結(jié)構(gòu)正負(fù)彎矩外,還承受車(chē)輛荷載的直接作用,底板作為截面的翼緣板承受正負(fù)彎矩。為簡(jiǎn)單起見(jiàn),頂?shù)装搴穸染捎?0 cm 。(2) 腹板承受截面的剪應(yīng)力及主拉應(yīng)力,并承受局部荷載產(chǎn)生的橫向彎矩,為滿足受拉力及施工要求,跨中部分腹板厚采用30 cm , 支點(diǎn)附近采用45 cm 。
(3) 頂板與腹板相交處設(shè)梗腋,以提高截面抗扭剛度,減小畸變應(yīng)力,使橋面板支點(diǎn)加厚,減小橋面板跨中彎矩,使力線過(guò)渡平緩,避免應(yīng)力集中,底板與腹板相交處設(shè)梗腋,作用相對(duì)上梗腋較弱,尺寸可較小。本次上梗腋采用30 cm ×15 cm , 下梗腋為15 cm ×15 cm 。
(4) 橫隔板的基本作用是增加截面的橫向剛度,限制畸變應(yīng)力,在支撐處的橫隔板還擔(dān)負(fù)著承受和分布鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)較大支承反力的作用,本次只設(shè)支撐處橫隔板。
2 結(jié)構(gòu)計(jì)算與分析
2. 1 荷載計(jì)算
(1) 主力
① 恒載
恒載包括結(jié)構(gòu)自重及橋面二期荷載,其中橋面二期荷載包括線路設(shè)施、電纜槽及聲屏障等,橋面寬8. 9 m 時(shí)其重按70 kN 計(jì),橋面寬9. 3 m 時(shí)按72 kN 計(jì)。
② 活載a) 列車(chē)活載按6 輛車(chē)編組設(shè)計(jì),重車(chē)軸重為150 kN , 空車(chē)軸重為70 kN 。
設(shè)計(jì)多載時(shí),對(duì)多符號(hào)影響線,分別考慮重車(chē)與輕車(chē)的影響,即在同號(hào)影響線各區(qū)加重載,中間的異號(hào)影響線區(qū)段加輕載。對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分別按1 輛車(chē)、2 輛車(chē) 6 輛車(chē)分別加載, 雙線加載考慮車(chē)輛的不同加載位置, 取總活載的100 % 按其最不利情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。
b) 列車(chē)豎向活載等于列車(chē)豎向靜活載
起始位置按最不利位置進(jìn)行計(jì)算,并考慮溫度變化、基礎(chǔ)變形影響,取最不利組合對(duì)各截面進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算。箱形梁受力是一個(gè)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)空間分析問(wèn)題,為了把問(wèn)題簡(jiǎn)化,將箱形截面分割成若干工字形梁來(lái)進(jìn)行強(qiáng)度檢算,對(duì)于中小跨度連續(xù)梁來(lái)講,可以滿足其精度。
2. 3 橫向計(jì)算
箱形截面橫向計(jì)算按支承在腹板板底的橫向框架進(jìn)行內(nèi)力分析和計(jì)算,取縱向長(zhǎng)度為1 m 的箱梁為計(jì)算單元,采用《鋼筋鋼凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋程序》進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化圖見(jiàn)圖3 。計(jì)算考慮主梁恒載、二期恒載、輕軌活載、箱內(nèi)外溫差等荷載組合。在設(shè)置接觸網(wǎng)立柱處還要考慮立柱荷載,必要時(shí)增加橫向鋼筋,加厚箱內(nèi)頂板及懸臂板厚度。活載按雙線行車(chē)及單線行車(chē)分別進(jìn)行加載,按最不利組合進(jìn)行配筋設(shè)計(jì), 箱內(nèi)外溫差按5 ℃ 考慮。
乘以動(dòng)力系數(shù)。動(dòng)力系數(shù)計(jì)算公式為
1 +μ = 1 + 1.6 ×〔(6/(30 + L)〕
式中,L 為橋梁跨度,以m 計(jì)。連續(xù)梁邊孔和中孔取不同的的動(dòng)力系數(shù)。c) 人行道活載為4. 0 kPa 。
d) 不均勻沉降按1 cm 計(jì)。
(2) 附加力
① 風(fēng)力
梁上風(fēng)力要按有聲屏障計(jì)算,并考慮有可能設(shè)置廣告牌,聲屏障或廣告牌高度按梁頂以上3 m 設(shè)計(jì)。
② 溫度力
體系溫差按溫升20 ℃,溫降按-25 ℃ 考慮,日照溫差按橋面板均勻升溫5 ℃ 計(jì)。
2. 2 縱向計(jì)算
采用西南交大編《橋梁結(jié)構(gòu)曲線橋分析系統(tǒng)ASCB 程序》模擬施工各階段及運(yùn)營(yíng)階段進(jìn)行計(jì)算,對(duì)各階段進(jìn)行內(nèi)力、變形分析。將3 20 m 鋼筋混凝土連續(xù)梁劃分為35 個(gè)單元,在規(guī)范規(guī)定驗(yàn)算的截面及截面突變的地方,在支點(diǎn)及距支點(diǎn)1/ 2 梁高的地方及距跨中1/ 4 梁跨處截面均設(shè)置節(jié)點(diǎn),其余地方按1. 5～2 m 一個(gè)單元,按平面桿系結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。列車(chē)加載分兩線兩列
圖3 橫向計(jì)算單元?jiǎng)澐?/P>
